Лабораторная 5 Elcut / Отчет_ЛР_5_Васильев_Л_5А47

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский Томский политехнический университет»

Подразделение: Инженерная школа энергетики (ИШЭ)

Направление: 13.03.02 Электроэнергетика и электротехника

Отделение: Электроэнергетики и электротехники (ОЭЭ)

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №5

Применение программы ELCUT для решения электротехнических задач

Задание 1 – Вариант 9

По дисциплине: «Программные средства профессиональной деятельности»

Исполнитель:
студент группы	5А47		Васильев Леонид Максимович		30.04.2025
			____________________________
			(Подпись)
Руководитель:
Доцент ОЭЭ ИШЭ	к.т.н.		Воронина Наталья Алексеевна
			____________________________
			(Подпись)

Томск - 2025 г

Задание №1 Решить методом конечных элементов, плоскую полевую задачу по электростатике.

1. Создать задачу и провести описание исходных данных рис. 1.

2. Создать геометрическую модель.

3. Присвоить физические свойства элементам геометрической модели, определить источники поля и граничные условия

4. Провести описание свойств материалов элементов модели, источников поля и граничных условий в свободной и лаконичной форме.

5. Решить задачу и построить картины напряжённости, плотности энергии и электрического смещения и другие картины поля (по указанию преподавателя).

6. Определить характеристики поля в трех различных точках (по указанию преподавателя).

7. В ыводы.

Рис. 1 Исходные данные

Ход выполнения работы №1

1. Для решения задачи методом конечных элементов воспользуемся прикладным программным пакетом Elcut. Зададим стартовые параметры задачи рис. 2.

Рис. 2 Начальные параметры моделирования задачи

2. Из условия задачи создадим два соосно расположенных цилиндра в плоскости обозначим внутренний цилиндр рис. 3 и внешний цилиндр рис. 4.

Рис. 3 Внутренний цилиндр

Рис. 4 Внешний цилиндр

3. Для ограничения условий протекания нашей задачи зададим конечную область (экран) данной задачи рис. 5.

Рис. 5 Экран

4. Зададим параметры потенциалов созданных геометрических объектов. Для внутреннего цилиндра потенциал – 100 В рис. 6. Для внешнего цилиндра и экрана – 0 В рис. 7 и рис.8.

Рис. 6 Потенциал внутреннего цилиндра

Рис. 7 Потенциал внешнего цилиндра

Рис. 8 Потенциал экрана

5. Зададим материал диэлектрика рис. 9 и его диэлектрическую проницаемость рис. 10 в области между двумя цилиндрами.

Рис. 9 Материал диэлектрика между обкладками

Рис. 10 Значение диэлектрической проницаемости для стекловолокна

6. Зададим материал диэлектрика рис. 11 и его диэлектрическую проницаемость рис. 12 в области между внешним цилиндром и экраном.

Рис. 11 Материал диэлектрика за обкладками

Рис. 12 Значение диэлектрической проницаемости для воздуха

7. Отобразим смоделированную задачу на схеме с сеткой рис. 13, которая позволит произвести расчеты.

Рис. 13 Схема с сеткой

8. П роизведем расчет задачи рис. 14.

Рис. 14 Результат решенной задачи

9. Отобразим результаты расчета в построении различных графиков электростатических параметров рис. 15-20.

Рис. 15 График напряжения

Рис. 16 График напряженности

Рис. 17 График вектора градиента поля

Р ис. 18 График смещения

Рис. 19 График диэлектрической проницаемости

Рис. 20 График плотности энергии

10. На графике напряженности электрического поля выберем три точки для рассмотрения характеристик поля напряженности рис. 21-23.

Рис. 21 Напряженность поля в точке (0; -0.3)

Р ис. 22 Напряженность поля в точке (0.15; -5.7)

Рис. 23 Напряженность поля в точке (-11.7; -10.8)

Вывод по заданию №1

В ходе проделанной работы была решена плоская полевая задача по электростатике методом конечных элементов с помощью прикладного программного пакета Elcut. Геометрически были построены два коаксиальных цилиндра в плоскости, заданы их параметры радиусов и напряжения, также отображены параметры сред и их диэлектрическая проницаемость. Далее были отображены различные картины полей электростатических характеристик (напряжение, напряженность, смещение, диэлектрическая проницаемость, градиент поля). Для анализа была выбрана картина напряженности поля. В ходе анализа были взяты три точки: внутри внутреннего цилиндра (Е1=1.2333* В/м) что приблизительно равно 0, между внутренним и внешнем цилиндром (E2=2064.2 В/м), между внешним цилиндром и экраном (E3=0 В/м). Проводя сравнительный анализ значений напряжений в данных трех точках, можно утверждать, что задача была смоделирована в действительности, мы имеем два коаксиально расположенных цилиндра. Из курса физики (раздел электростатика) напряженность внури меньшего и вне большего заряда равна 0 так как зарядов на данных поверхностях цилиндров нет. Напряженность между обкладками цилиндра измеряется по формуле .